动态潮汐能大坝水头数值计算北大核心CSCD

动态潮汐能是一种新型的潮汐能开发方式,由荷兰海岸工程师Hulsbergen和Steijn提出,具体为建立一个长度为几十千米以上且垂直于海岸线的T型坝,使沿岸的潮汐波变形,从而在坝的两侧产生水头差,可用于潮汐能发电。不同的大坝尺寸会产生不同大小的水头,理论公式和数值模型均被用于计算该水头大小。本研究利用Kolkman公式和平直海岸二维潮流模型,分别计算了作用在大坝上的动态水头并进行无量纲处理,对比发现两种方法获得的结果较为接近。其中采用Kolkman公式所获结果略小,说明在开阔海域中海底阻力对动态潮汐能起次要作用,Kolkman公式忽略阻力项的算法是可行的,理论公式也同样能够反映潮汐和大坝的相互作用,通过Kolkman公式和数值模拟结果的互相验证,可以提高水位差的计算准确度。     

T型坝两侧潮汐水动力特性的数值研究

为了避免传统潮汐能开发过程中在河口或海湾筑坝形成水库进而严重影响通航、鱼类产卵洄游和生态环境,考虑了一种垂直于海岸的＂T＂型坝,使平行于海岸向潮波传播到坝体两侧的潮位存在相位差,进而产生作用于坝上的水头。本文研究了该型坝坝体两侧的水动力特性,探索坝体和引水洞几何参数对作用于坝上水头的影响规律。该研究基于二维潮流模型,模拟了渤海及黄海北部海域潮流场,考虑在大连附近设置T型坝,计算和分析了坝头和坝干长度对作用于坝上最大水头的影响规律,固定坝干（或坝头）长度,作用在坝上的水头在一定范围内随坝头（或坝干）增长而线性增大。研究了在坝干上设置引水洞的T型坝的潮汐水动力特性。研究结果表明：随着引水洞尺寸的增大,作用在坝上水头不断减小,而最大发电功率先增大后减小,存在一个发电峰值。     

一种快速准确计算共模扼流圈动态电感的方法

共模扼流圈是通信线或电源滤波的重要组成部分,其对共模干扰信号的抑制起关键作用。实际应用中,扼流圈内同时存在差模电流和共模电流,当差模电流较大时,不同数值的差模电流致使磁心不同程度的饱和,对应磁化曲线工作点进入非线性区,从而使得共模动态电感数值减小、扼流圈共模干扰抑制能力降低。为快速、准确计算非线性情况下动态电感以评估扼流圈干扰抑制能力,根据场量对称关系建立共模扼流圈简化模型,通过有限元方法计算并提取不同差模电流下线圈电流与磁链的关系,利用Simpson数值微分公式计算磁心不同饱和程度下共模扼流圈动态电感。结果表明:所建简化模型相对全模型计算速度提升4～5倍,同时相比传统向前差商法或中心差商法,其计算结果稳定性高、精度高。     

潮汐能的利用及前景

潮汐能是一种蕴藏量很大的可再生的新能源。建设潮汐能电站不需要移民，不淹田，没有环境污染，还可以结合围垦、水生养殖和海洋化工发展综合利用。潮汐发电是在海湾或感潮河口筑堤坝、设闸门和电站围成水库，调节阀门使水库内水位变化滞后于海面变化以形成水轮机的工作水头，推动发电机发电。潮汐电站可分为单库电站和联程式电站两类。近年世界各国竞相设计建造大型和特大型潮汐电站。我国初步议论中的长江北支流潮汐电站估计可装机     

地震作用下重力坝动水压力的高精度时域公式

提出一种计算直立坝面上地震动水压力的高精度时域公式,与坝体有限元模型结合用于考虑坝-水动力相互作用,避免半无限库水区域的数值模拟。在频域内,基于库水区域分离变量解析解和坝-水交界面条件推导精确的坝面动水力-坝面绝对水平运动关系,之后利用作者已经提出的时间卷积局部化方法将该关系转化为含有辅助变量的高阶精度时域公式。该公式的时空离散形式与坝体有限元模型的耦合方程,可以采用显式时间积分方法求解。为了能够利用商用有限元平台分析非线性坝体-库水动力相互作用问题,在ABAQUS有限元软件中通过UEL用户单元子程序二次开发实现了提出的动水力公式,公式用户单元在有限元建模阶段与坝体有限元模型无缝结合,后续动力计算过程中无须重启动等任何特别处理。刚性坝面地震动水压力分析表明,提出公式的计算结果稳定,并与解析解较好吻合;之后将该公式应用于Koyna重力坝地震反应分析。     

潮汐能聚能增压方案的热力学性能分析

该文提出了一种利用潮汐能直接驱动反渗透海水淡化装置的方法,该方法的核心是潮汐能聚能增压方案。建立了该方案的无限库容模型,分别采用熵分析法和分析法对该方案的可行性进行了研究,并给出了聚能增压过程的增压比和流量比之间的量变关系,得出了聚能增压过程的能量转换效率和效率随高压海水压力变化的规律。结果表明,利用潮汐的能量可直接将低水头海水变为高压海水,从而可以替代电能为反渗透海水淡化提供高压海水;理论上要得到一定高压力的高压海水,就要以减小高压海水的流量作为代价;水位差越大,聚能增压的效果越好;聚能增压过程的能量转换效率和效率相等,提高效率可通过提升水位差或减小高压海水的压力来实现。     

潮汐发电的原理及其发展状况

所谓潮汐,就是指海水时进时退、海面时涨时落的这种自然现象。据科学家们研究发现,潮汐是由于月球的引潮力引起的,潮汐的最大潮差为8.9米;据计算,世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿千瓦,若全部转换成电能,每年发电量大约为1.2万亿千瓦时。　　潮汐发电与水力发电的原理基本相似,它是利用潮水涨、落产生的水位所具有势能来发电的,也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能,再把机械能转变为电能的过程。具体说来,潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝,将海湾或河口与海洋隔开构成水库,再在坝内或坝房安装水轮发电机组,然后利…     

砂砾石地基上面板堆石坝变形和应力性状分析北大核心CSCD

结合原型观测资料和数值方法分析和评价建于砂砾石地基上苗家坝面板堆石坝的变形和应力特性,进而总结砂砾石地基上面板堆石坝的行为特性并与典型大坝(修建于基岩上的面板堆石坝)结果进行对比分析。原型观测结果由大坝详细变形监测系统获得,覆盖大坝施工阶段、蓄水阶段和一年运行期。为了全面获得大坝施工期和运行期变形和应力特性,并对大坝长期变形进行预测,基于参数反演结果对大坝进行三维有限元分析。比较分析表明,大坝原型观测结果与数值计算结果吻合良好。苗家坝面板堆石坝变形和应力特性表现良好并趋于稳定。另外,对包括苗家坝在内的12个已建砂砾石地基上面板堆石坝实测变形进行了总结归纳分析并与典型大坝结果进行比较。结果表明,砂砾石地基对面板堆石坝行为特性具有显著影响,大坝沉降和面板挠度显著大于典型坝结果,且最大值位置呈现向下移动的趋势。     

砂砾石地基上面板堆石坝变形和应力性状分析

结合原型观测资料和数值方法分析和评价建于砂砾石地基上苗家坝面板堆石坝的变形和应力特性,进而总结砂砾石地基上面板堆石坝的行为特性并与典型大坝(修建于基岩上的面板堆石坝)结果进行对比分析。原型观测结果由大坝详细变形监测系统获得,覆盖大坝施工阶段、蓄水阶段和一年运行期。为了全面获得大坝施工期和运行期变形和应力特性,并对大坝长期变形进行预测,基于参数反演结果对大坝进行三维有限元分析。比较分析表明,大坝原型观测结果与数值计算结果吻合良好。苗家坝面板堆石坝变形和应力特性表现良好并趋于稳定。另外,对包括苗家坝在内的12个已建砂砾石地基上面板堆石坝实测变形进行了总结归纳分析并与典型大坝结果进行比较。结果表明,砂砾石地基对面板堆石坝行为特性具有显著影响,大坝沉降和面板挠度显著大于典型坝结果,且最大值位置呈现向下移动的趋势。     

地震作用下混凝土坝孔口应力分析的动力子模型法

地震作用下混凝土坝泄水建筑物的安全至关重要,但混凝土坝孔口处应力梯度变化较大,常规分析方法一般难以满足精度要求.静力分析中通常采用子模型方法将其从整体大坝中分离出来进行二次分析.本文将其推广到动力分析中,并用数值算例证明动力子模型方法的正确性和有效性.该方法为混凝土坝孔口抗震设计提供一种便捷有效的分析手段.     

自由液面对贯流式水轮机性能影响的数值研究

贯流式水轮机已成为开发低水头和超低水头水力资源及潮汐能的良好机型,但振动、出力不足等问题频繁出现。同时贯流式机组水头与转轮直径之比（H/D1）较小,受比尺效应的影响,依靠模型机所得到的水轮机性能与实际存在差异。鉴于此,文章在考虑与不考虑库区自由液面及水流重力两种情况下对贯流式水轮机真机进行数值研究,对比分析自由液面及水流重力对水轮机性能的影响,并揭示贯流式水轮机内部真实流动状态以及出力不足的原因。研究结果表明：在自由液面及水流重力影响下,贯流式水轮机进口段水流呈现明显的不均匀性,转轮内压力分布由顶部到底部逐渐增大,叶片在旋转过程中要经历周期性的压力波动;不同位置的叶片对转轴产生的扭矩不同,水轮机的出力及效率有较大幅度的下降。研究结果将对贯流式水轮机的设计及运行具有一定的指导意义。     

基于分形理论的河口水力几何形态

潮汐河口几何形态与潮量间呈幂函数关系,具有分形特征。本文基于分形理论并考虑量纲和谐,以相对潮量作为观测尺度度量相对过流面积,以相对单宽潮量度量相对水深,建立了潮汐河口相对过流面积—相对涨(落)潮量和相对水深—相对单宽涨(落)潮量的水力几何形态关系式,后者适用于没有横断面概念的开敞海域。据此确定了椒江河口与瓯江河口的水力几何形态关系式。结果表明,本文公式适用性良好,水力几何形态分维值表征了河口的稳定性及涨、落潮水动力作用的相对强弱:处于相对稳定期的河口,分维值接近1,涨、落潮时水动力作用强的时段分维值更接近1。本文研究结果可为河口治理、航道疏浚等工程提供理论依据。     

Reliability Modeling of Reservoir-Based Tidal Power Plants for Determination of Spinning Reserve in Renewable Energy-based Power Systems

Abstract

The penetration level of renewable and sustainable energy resources such as geothermal, wind, solar energies and ocean in power generation systems has been increasing. One of the important renewable energy resources is tidal power plants which makes use of rising and falling sea water level. Because of the uncertain nature of the generated power arisen from the variation in the water level in flood and ebb situations, integration of large-scale reservoir-based tidal power plants to power systems can involve numerous types of challenges. Thus, large-scale tidal power plants can be effectively used in operation studies of power systems. For this purpose, a probabilistic approach is introduced in this paper based on the modified PJM technique for integrating the large-scale tidal plant into operation studies of the power system. In this regard, a multi-state reliability model considering both the failure rate of composed components and the variation in the tide levels is developed and used in the operation studies. For evaluation of the impact of the tidal power plant on operation studies of a power system, numerical examples are put forward in which important indices such as unit commitment risk, required spinning reserve and peak load carrying capability can be calculated.     

潮汐弯道段取排水口温度场研究

进行了潮汐弯道段电厂取排水模型试验,采用W形波纹凹槽方式加糙,使模型糙率达到了模型试验的要求。利用水位跟踪技术进行了潮汐模拟,采用自动测速、测温技术进行了流场及温度场的测量。得到了特征断面多种工况随潮周期变化的温度过程线,建立了温度场与流速场的相关关系,研究了温度过程线的变化机理,分析了取排水口对温度场的相互影响关系,探讨了无量纲温升时长比与无量纲来取流量比的相关关系。分析了特征断面的温度过程线的变化特点,得到的参数可供数值模拟对比使用。     

潮汐电站动能计算及软件开发与应用

潮汐电站的动能计算是电站规划设计阶段的重要研究内容,本文根据不同潮汐电站的开发利用方式和运行特点,通过建立潮汐电站的长系列水能调节计算模型方法编制了较通用的可视化的计算软件,应用于温州瓯飞潮汐电站的规划设计中。通过工程实例研究表明,计算精度能满足设计成果要求,本软件具有较大实际应用和推广价值。     

白鹤滩水电站坝基加固方案评价

白鹤滩水电站是我国继三峡、溪洛渡之后开展前期工作的又一座千万千瓦级以上的水电站。坝基区柱状节理岩体发育,其力学指标相对较低并表现出显著的各向异性力学特性,拟采用垫座方案减少破碎柱状节理岩体和部分结构面对拱坝稳定性和安全性的影响。根据精细的地质信息建立三维数值模型,基于微结构张量方法开发了柱状节理岩体横观各向同性弹塑性本构模型。通过视柱状节理岩体为各向同性和各向异性模型的对比研究分析各向异性的影响;对比分析了白鹤滩水电站坝基岩体加固前后坝体一坝基的位移和应力分布情况,以评价加固方案的可行性;采用水压力超载法对大坝一坝基的整体稳定性进行了分析。本研究可为白鹤滩水电站可行性研究终期阶段提供技术依据和科研支撑。     

MODELING THE INCREMENTAL COST AND WATER CONVERSION FUNCTIONS FOR HYDRO-THERMAL COORDINATION STUDIES

ABSTRACT

The solution of an optimization problem using variational means relies on Lagrange multiplier functions, called the adjoint variables to augment the physical constraints to the cost function. The multipliers usually have an economic interpretation, and in the optimal economic operation of an electric power system, one set of multipliers signifies the incremental cost of power delivered at a bus, and the other set relates to the water worth at a given reservoir. The solution of the optimization problem involves iterative techniques to obtain the optimal strategy in terms of power generations and water releases, as well as the adjoint variables. Good initial estimates are of paramount importance to a successful implementation of any iteration scheme specially those that are Newton based.

There is an observed pattern of dependence of the adjoint variables and the system state as described by power demands and water availability. Finding such relationships is useful for generation planning activities as well as in providing initial guesses in the numerical solution of the problem.

We propose statistical models for predicting the incremental cost function λ and the water conversion factor ν usually encountered in the hydro-thermal power system optimization problem. The method treats the active power demand and the volume of water available as the independent variables. The Least squares and the iteratively reweighted Least squares procedures are used to estimate model parameters. The approach treats the power system as a variable head hydro-thermal system, Kron's loss formula is used to characterize the system performance and losses. Results for an example using a 4 plant network are presented in order to demonstrate the applicability of this approach     

An experimental study of the characteristics of a Darrieus turbine for tidal power generation

The Darrieus turbine was initially developed for wind turbines. An example of its application to water turbines is found in the Darrieus turbine installed in a duct for low head power generation, but no example is known of its application in a natural water channel. The authors have developed a Darrieus turbine that is suitable for tidal current power generation with the aim of establishing tidal current power generation technology through demonstrations in test channels and oceans. The efficiency of tidal current power generation is influenced by the characteristics of the turbine. The characteristics of the Darrieus turbine are mainly affected by the solidity and the number of blades. The Darrieus turbine was tested in test channels to find the most suitable values for the rotor solidity and the number of blades. This paper describes and examines those test results. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(3): 38–47, 2000     

沁北发电厂超临界压力电站锅炉水冷壁截面温度场分析

超(超)临界压力发电技术现在已经是成熟的技术,具有效率高、排放少、易于调峰、运行稳定的优点,是一次能源以煤为主的国家应大力发展的机组。但大多数机组存在水冷壁横向裂纹失效的问题,因此,有必要对这一问题进行深入研究。针对沁北发电厂600MW超临界压力锅炉膜式水冷壁,通过数值方法模拟了多种工况下水冷壁的温度场,分析了背火侧两个关键点的温差与向火侧危险点温度的关系,拟合出了关系式。此关系式可用于向火侧壁温的在线监测。文章还根据数值模拟结果对沁北电厂水冷壁管径的选择进行了评价。     

新老混凝土结合面对重力坝稳定性影响的研究

在混凝土大坝工程建设中,对已建大坝进行适度加高是提高水库利用效率和防治安全的一种重要手段。然而在加高的同时,新老混凝土的结合面很容易受温度影响成为抗滑稳定的弱面,影响大坝安全稳定。针对这一问题,本文首次提出多条块组合滑动模式来对加高坝进行安全稳定分析。本文采用传统的刚体极限平衡方法,在考虑两种不同扬压力计算模式下,推导了三滑面计算公式,并针对南水北调中线丹江口大坝加高工程实例,成功复核其右联1坝段和右联7坝段沿指定滑裂面的安全系数,并在此基础上推导了N条块的计算公式。对同类大坝加高案例的稳定分析具有一定的借鉴意义。